Задание
По данным машины постоянного тока требуется: рассчитать и вычертить эскиз магнитной цепи машины; определить Н.С. возбуждения при номинальном режиме; вычертить развернутую схему обмотки якоря. Тип обмотки – петлевая.

№ п/п	Наименование данных и геометрических размеров	Данные
1	Режим работы	Генератор
2	Мощность Рн, кВа	35
3	Напряжение Uн,В	230
4	Ток якоря Iан, А	155
5	Частота вращения n, об/мин	1450
6	Число главных полюсов 2р	4
7	Воздушный зазор под главными полюсами δ, мм	2
8	Наружный диаметр якоря Da, мм	246
9	Диаметр вала dв, мм	75
10	Длинна сердечника якоря lа, мм	175
11	Число радиальных вентиляционных каналов nв	-
12	Число пазов якоря Z	29
13	Глубина паза якоря hn, мм	27
14	Ширина паза якоря bn, мм	10
15	Число активных проводников N	290
16	Число параллельных ветвей обмотки 2а	2
17	Сопротивление обмотки якоря и добавочных полюсов при 15ОС (Za+Zδ)150, Ом	0,073
18	Наружный диаметр станины D1, мм	516
19	Внутренний диаметр станины D2, мм	465
20	Длинна сердечника главного полюса lm, мм	175
21	Ширина сердечника главного полюса bm, мм	75
22	Длинна станины lя, мм	345
23	Коэффициент полюсной дуги αδ	0,64
24	Коэффициент магнитного рассеяния σ	1,178
25	Число пазов Z	28
26	Число коллекторных пластин К	28
27	Число полюсов 2р	4
28	Число параллельных ветвей 2а	8
29	Число простых обмоток m	2

Решение
1       Определим номинальный основной магнитный поток с учетом генераторного режима работы;([2]).

где,
Е_ан =U_н+[I_ан * (z_a+z_δ)₇₅^o+2∆U_щ ]=230+[155*1,24*0,073+2*1]=246В.-ЭДС при номинальном режиме;
(z_a+z_δ)₇₅^o- сопротивление обмотки якоря и добавочных полюсов при 75^ОС =1,24(z_a+z_δ)₁₅^o=1,24*0,073Ом;
2а=2 (а=1)-число параллельных ветвей обмотки;
∆U_щ=1В-падение напряжения на щеточном контакте;
2р=4 (р=2) – число главных полюсов;
n =1450 частота вращения;
N = 290 число активных проводников.
Отсюда:

2       Построим кривую намагничивания машины, зависимость основного магнитного потока от нормальной силы возбуждения. Для этого рассчитаем магнитную цепь генератора ряда значений основного магнитного потока - (0,5; 0,8; 1,0; 1,1; 1,2) Ф_δн
Данные расчетов занесем в таблицу 1.
Определим магнитное поле и Н.С. воздушного зазора.
Полюсное деление.

Расчетная полюсная дуга - b_δ;

Длинна якоря в осевом направлении;

Расчетная длинна якоря;

Индукция в воздушном зазоре;

Нормальная сила в воздушном зазоре;

Где:   μ₀ – 4хπх10^-7Гн/м - магнитная проницаемость стали.
k_δ – коэффициент зубчатости, равный
где    t₁ – зубцовое деление, равное
bз₁ – ширина зуба в верхней части, равна
γ - коэффициент равный
отсюда
Из этого
Определим магнитное поле и Н.С. зубцовой зоны.
Зубцовое деление по основанию пазов:

Наименьшая ширина зубца:

Ширина зуба посредине высоты:

Определим индукцию в зубцах при k_с = 0,9 – коэффициенте заполнения пакета якоря сталью;
Так как вентиляционных канавок не предусмотрено l_{c(длинна пакета стали)}=l_a

Пазовый коэффициент у основания паза:

Определим напряженность магнитного поля по характеристикам намагничивания для стали 1211;
Для:  Вз₁ =1,4Т намагниченность Нз₁=1580А/м выбираем по таблице намагниченности [2].
Вз₂ =2,16Т намагниченность Нз₂=66000А/м выбираем по семейству кривых (рис 2-9[1]).
Вз_ср =1,71Т намагниченность Нз_ср=8200А/м выбираем по таблице намагниченности [2].
Расчетное значение напряженности магнитного поля;

Определим Н.С. для зубцового слоя;

Определим магнитное поле и Н.С. для сердечника якоря.
Высота сердечника якоря;

Индукция в сердечнике якоря;((2-23),[1])

Напряженность магнитного поля в сердечнике якоря по характеристикам намагничивания для стали 1211;
Н_а=458А/м
Средняя длинна пути магнитного потока в сердечнике якоря;

Н.С. для сердечника якоря;

Определим магнитное поле и Н.С. для сердечника полюса.
Индукция в сердечнике полюса при k_с = 0,95 ((2-27),[1]);

Напряженность магнитного поля в полюсе по характеристикам намагничивания для стали 3413(В_п>1,6T);
Н_m = 665А/м
Н.С. для сердечника полюса;

где  - высота полюса.
Определим магнитное поле и Н.С. для ярма.
Индукция в ярме;

где
- высота (толщина) ярма.
Отсюда
Напряженность магнитного поля в ярме по характеристикам намагничивания для стали 1211,[2];
Н_я = 800А/м
Н.С. для ярма;

где:

средняя длинна магнитной линии в ярме.
Отсюда:
Определим Н.С. на полюс, необходимую для создания основного потока;

Воспользовавшись данными таблицы 1 построим кривую намагничивания генератора, рисунок 1.
3       Определим коэффициент насыщения магнитной цепи;

4       Построим переходную магнитную характеристику генератора рис. 2, представляющую собой зависимость индукции в воздушном зазоре при холостом ходе от суммы Н.С. воздушного зазора и зубцов на один полюс.

Из таблицы 1 возьмем соответствующие данные и рассчитаем.

По переходной магнитной характеристике генератора определим размагничивающую Н.С. поперечной реакции якоря.
,
где,    и  - определим из рисунка 2;
b_δ – расчетное значение полюсной дуги;
А_а – линейная нагрузка на якорь -



5       Рассчитаем Н.С. обмотки возбуждения при номинальном режиме;

где 2F_o – Н.С. генератора на холостом ходу на пару полюсов, соответствующая магнитному потоку Ф_δн.
6       Определим число витков обмотки возбуждения на один полюс

где i_в – ориентировочное значение тока возбуждения равное 0,025хI_ан т.к. мощность генератора небольшая.
7       Вычертим развернутую схему обмотки якоря, для этого;
Рассмотрим тип обмотки.
Имеем: т=2, 2р=4, 2а=8, Z=K=28. При данных условиях симметрия соблюдаются т.к. 2а=2рт и т=2, а К/р =28/2=14 - четное число.
Исходя из вышеперечисленного, получаем симметричную двухходовую двукратнозамкнутую петлевую обмотку.
Рассчитаем шаги обмотки
Определим первый частичный шаг обмотки

Определим результатирующий шаг обмотки и шаг по коллектору.
y=y_k=+2 т.к. т=2.
Второй частичный шаг.
y₂=y - y₁=2 - 8= -6
По известным значениям шагов построим таблицу соединений секционных сторон обмотки.
1^й ход         1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
обмотки     9’ 11’ 13’ 15’ 17’ 19’ 21’ 23’ 25’ 27’ 1’ 3’ 5’ 7’
2^й ход         2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
обмотки     10’ 12’ 14’ 16’ 18’ 20’ 22’ 24’ 26’ 28’ 2’ 4’ 6’ 8’
Шаг уравнительных соединений первого рода.
y_п = К/р =28/2=14
Шаг уравнительных соединений второго рода.
Так как две равнопотенциальные точки обмотки удалены на одной стороне якоря на y_п= 14 элементарных пазов и принадлежат одному ходу обмотки, то выполнение уравнителей второго рода на одной стороне якоря невозможно. Для того чтобы уравнять потенциалы обмоток разных ходов необходимо соединить середину лобовой части секции 1 на стороне противоположной коллектору и коллекторную пластину 2. Уравнительное соединение второго рода достаточно одного, так как оно служит и уравнителем и для середины секции 15 и начала секции 16.
Уравнительное соединение второго рода являются одновременно и уравнителями третьего рода. Как видно из рис. 3 при движении коллектора щетка В1 сначала замкнет пластины 1-2 и тем самым левую половину секции 1, а затем пластины 2-3 – правую половину секции 1.

Литература
1. Вольдек А.И. Электрические машины - Л.: Энергия 1978 г.
2. Методические пособия по расчетам машин постоянного тока. ЮУрГУ
3. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч.1. Машины постоянного тока. Трансформаторы - Л.: Энергия 1972 г.